JP2020196024A - Spot welding system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、スポット溶接システムに関するものである。 The present disclosure relates to a spot welding system.
スポット溶接ガンを第1の姿勢から角度θだけ回転させたときに、第1の姿勢において測定される加圧力と角度θの姿勢において測定される加圧力との変化量δを算出し、変化量δと角度θとの相関関係を記憶しておくスポット溶接システムが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
スポット溶接ガンの姿勢を変更したときに、その姿勢における角度θに対応して記憶されている変化量δを読み出して加圧力指令を補正することにより、スポット溶接ガンの姿勢に関わらず均一な加圧力でスポット溶接を行うことができる。
When the spot welding gun is rotated by an angle θ from the first posture, the amount of change δ between the pressing force measured in the first posture and the pressing force measured in the posture of the angle θ is calculated, and the amount of change is calculated. A spot welding system that stores the correlation between δ and the angle θ is known (see, for example, Patent Document 1).
When the posture of the spot welding gun is changed, the amount of change δ stored corresponding to the angle θ in that posture is read out and the pressing force command is corrected, so that uniform application is applied regardless of the posture of the spot welding gun. Spot welding can be performed with pressure.
スポット溶接ガンにおいては、実際には機構部に静止摩擦が発生し、静止摩擦力は変動するため、補正に用いる加圧力の変動量δを精度よく算出するには、加圧力を精度よく測定することが望ましい。 In a spot welding gun, static friction is actually generated in the mechanical part and the static friction force fluctuates. Therefore, in order to accurately calculate the fluctuation amount δ of the pressing force used for correction, the pressing force is measured accurately. Is desirable.
本開示の一態様は、可動電極を含む可動部と、該可動部を駆動する駆動部とを有するスポット溶接ガンと、前記駆動部を制御する制御部と、前記スポット溶接ガンの前記可動電極による加圧力を計測する加圧力センサと、前記可動電極の移動方向を異ならせる前記スポット溶接ガンの異なる2つの姿勢において、前記加圧力センサにより検出された前記加圧力に基づいて前記可動部の自重を算出する自重算出部とを備え、前記制御部は、前記自重算出部により前記可動部の前記自重を算出する際に用いる前記加圧力の計測に際し、制御信号にディザ信号を重畳して前記駆動部を制御し、前記自重が算出された後には、算出された前記自重に基づいて前記制御信号を補正するスポット溶接システムである。 One aspect of the present disclosure comprises a spot welding gun having a movable portion including a movable electrode, a driving portion for driving the movable portion, a control unit for controlling the driving portion, and the movable electrode of the spot welding gun. In two different postures of the pressure sensor that measures the pressing force and the spot welding gun that moves the movable electrode in different directions, the weight of the movable portion is measured based on the pressing force detected by the pressing force sensor. The control unit includes a self-weight calculation unit for calculating, and the control unit superimposes a dither signal on the control signal when measuring the pressing force used when the self-weight calculation unit calculates the self-weight of the movable unit. Is a spot welding system that corrects the control signal based on the calculated own weight after the own weight is calculated.
本開示の一実施形態に係るスポット溶接システム1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るスポット溶接システム1は、スポット溶接ガン2と、スポット溶接ガン2を取り付けるロボット3と、ロボット3に接続された制御装置(制御部)4と、スポット溶接ガン2による加圧力を計測する加圧力センサ5とを備えている。
The spot welding system 1 according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
The spot welding system 1 according to the present embodiment applies pressure from the
スポット溶接ガン2は、例えば、図1に示されるように、固定溶接チップ6と、可動溶接チップ(可動電極)7と、可動溶接チップ7を含む可動部8を1軸方向に駆動する駆動部9とを備え、全体として略C形状を有している。
スポット溶接ガン2は、サーボガンであり、駆動部9は、サーボモータ10と、サーボモータ10の駆動力により回転させられる図示しないボールねじと、ボールねじに噛み合い可動部8に固定された図示しないナットとを備えている。
As shown in FIG. 1, the
The
スポット溶接ガン2は、サーボモータ10を駆動することによって可動溶接チップ7を移動させて、固定溶接チップ6と可動溶接チップ7との隙間を開閉し、両チップ6,7間に被溶接物を挟んで加圧する。この状態で、両チップ6,7間に電流を流すことによって被溶接物をスポット溶接する。
The
ロボット3は、例えば、6軸多関節型ロボットである。ロボット3は、図1に示されるように、床面Fに設置されるベース11と、鉛直な第1軸線A回りにベース11に対して回転可能な旋回胴12とを備えている。また、ロボット3は、水平な第2軸線B回りに旋回胴12に対して回転可能な第1アーム13、第1アーム13の先端に第2軸線Bに平行な第3軸線C回りに回転可能な第2アーム14および第2アーム14の先端に支持された3軸の手首ユニット15を備えている。
The
ロボット3の手首ユニット15の先端にスポット溶接ガン2を取り付けることにより、ロボット3の作動によってスポット溶接ガン2の位置および姿勢を任意に変更することができる。
制御装置4は、ロボット3を制御するとともに、スポット溶接ガン2のサーボモータ10を付加軸として制御する制御信号生成部16を備えている。
By attaching the
The
また、制御装置4は、加圧力センサ5からの出力および制御信号生成部16からの手首ユニット15の各軸の角度情報に基づいて、スポット溶接ガン2の可動部8の自重を算出する自重算出部17と、算出された自重を記憶する記憶部18とを備えている。
加圧力センサ5は、自重計測時に固定溶接チップ6と可動溶接チップ7との間に挟まれる位置に配置され、駆動部9の作動により両チップ6,7から受ける加圧力を計測する。
Further, the
The
具体的には、制御装置4は、ユーザによって選択可能な自重計測モードと通常動作モードとを切り替えるモード切替部19を備えている。モードの選択は、例えば、ティーチングペンダントまたは操作盤のスイッチ等の入力部20を操作することにより行われる。
Specifically, the
加圧力センサ5が固定溶接チップ6と可動溶接チップ7との間に配置され、入力部20の操作により自重計測モードが選択されたときには、モード切替部19は、制御信号生成部16を自重計測モードに切り替える。自重計測モードでは、制御信号生成部16は、ロボット3に対し、所定の第1の姿勢にスポット溶接ガン2を配置する制御信号を生成する。制御信号生成部16によって生成された制御信号は、スポット溶接ガン2の駆動部9を構成しているサーボモータ10に入力される。
When the
この自重計測モードにおける制御信号は、スポット溶接ガン2を所定の姿勢、例えば、可動溶接チップ7が鉛直下方に向かって被溶接物を加圧する姿勢に配置した状態で駆動部9のサーボモータ10に供給する指令信号(基準加圧力指令:制御信号)に、ディザ信号を重畳している。基準加圧力指令は、例えば、図2に示されるように、目標値Xとしてステップ状に変化し、ディザ信号が重畳されていない信号である。
The control signal in this self-weight measurement mode is sent to the
ディザ信号が重畳されていない場合には、加圧力センサ5により計測される実際の加圧力の応答波形は、静止摩擦の影響により基準加圧力指令の目標値Xには到達せず、最終値はY<Xとなって偏差が残る。
これに対し、自重計測モードにおける指令信号には、図3に示されるようにディザ信号が重畳されている。ディザ信号は、加圧力センサ5による加圧力の計測値が立ち上がった後、所定時間経過後から基準加圧力指令に重畳される。
When the dither signal is not superimposed, the actual pressure response waveform measured by the
On the other hand, a dither signal is superimposed on the command signal in the self-weight measurement mode as shown in FIG. The dither signal is superimposed on the reference pressurization command after a predetermined time has elapsed after the measured value of the pressurization by the
例えば、ディザ信号の重畳を開始する所定時間としては、ディザ信号を重畳しないで加圧した場合の、図2に示される加圧力値の応答において、静定した加圧力値Yの75%以上85%未満、好ましくは、80%となる時点の時間Δt1に設定することが好ましい。 For example, the predetermined time for starting the superposition of the dither signal is 75% or more of the statically indeterminate pressure value Y in the response of the pressure value shown in FIG. 2 when the dither signal is pressurized without being superposed. It is preferable to set the time Δt1 at a time point of less than%, preferably 80%.
ディザ信号は周期信号を使用する。例えば、振幅A周波数fの正弦波を使用してもよい。振幅Aについては、可動部8が静止状態から動き出すのに必要な力の大きさで決定することができる。周波数fについては、スポット溶接ガン2の固有周波数に近い周波数に設定するとよい。
The dither signal uses a periodic signal. For example, a sine wave having an amplitude A and a frequency f may be used. The amplitude A can be determined by the magnitude of the force required for the
また、ディザ信号は、加圧力センサ5により検出される加圧力が静定した時点で、基準加圧力指令への重畳が停止される。すなわち、ディザ信号は、図3に示されるように基準加圧力指令の立ち上がり後Δt1からΔt2までの期間のみに基準加圧力指令に重畳される。
時間Δt1,Δt2については、予備的な実験により取得された応答波形に基づいて予め設定しておいてもよい。
Further, when the pressing force detected by the
The times Δt1 and Δt2 may be set in advance based on the response waveform obtained by the preliminary experiment.
そして、静定した後の加圧力値が加圧力センサ5から自重算出部17に送られる。これと同時に、手首ユニット15の各軸の角度も自重算出部17に送られ、加圧力値と対応付けて一時的に記憶される。
Then, the pressure value after statically indeterminate is sent from the
次いで、制御信号生成部16は、ロボット3に対し、第1の姿勢とは異なる所定の第2の姿勢にスポット溶接ガン2を配置する制御信号を生成する。この場合に生成される制御信号は、第1の姿勢において生成された制御信号と同一の基準加圧力指令に同一のディザ信号を同一期間だけ重畳した信号である。生成された制御信号は、スポット溶接ガン2の駆動部9を構成しているサーボモータ10へ入力される。
Next, the control
自重算出部17は、スポット溶接ガン2の2つの異なる姿勢において計測された2組の加圧力値と手首ユニット15の角度とに基づいて、スポット溶接ガン2の可動部8の自重を算出する。
例えば、図4に示されるように、第1の姿勢において、可動部8の移動方向が、鉛直下方に対して鉛直平面内において角度θ1であり、加圧力値がF1であるとする。また、図5に示されるように、第2の姿勢において、可動部8の移動方向が、鉛直下方に対して鉛直平面内において角度θ2であり、加圧力値がF2であるとする。
The self-
For example, as shown in FIG. 4, in the first posture, the moving direction of the
角度θ1,θ2は、手首ユニット15の各軸の角度に基づいて算出することができる。加圧力センサ5により検出される加圧力値F1,F2は、駆動部9による加圧力指令値Zと可動部8の自重Wの移動方向の成分との合力である。
したがって、以下の関係式が成立する。
F1=Z+Wcosθ1
F2=Z+Wcosθ2
The angles θ1 and θ2 can be calculated based on the angles of the respective axes of the
Therefore, the following relational expression holds.
F1 = Z + Wcosθ1
F2 = Z + Wcosθ2
上記関係式から、自重算出部17は、下式の通りに可動部の自重Wを算出する。
W=(F1−F2)/(cosθ1−cosθ2)
算出された自重Wは記憶部18に記憶される。
From the above relational expression, the self-
W = (F1-F2) / (cosθ1-cosθ2)
The calculated own weight W is stored in the
自重Wが記憶部18に記憶された後に、入力部20の操作により通常運転モードが選択されたときには、モード切替部19は、制御信号生成部16を通常運転モードに切り替える。通常運転モードでは、制御信号生成部16は、ロボット3に対し、予め教示されたプログラムに従う制御信号を生成して出力し、スポット溶接ガン2の駆動部9のサーボモータ10に対しては、各溶接点におけるスポット溶接ガン2の姿勢と、記憶部18に記憶されている自重Wとに基づいて補正した加圧力指令値Zを生成する。
When the normal operation mode is selected by the operation of the
加圧力指令値Zは、下式により補正される。
Z=Z0−Wcosθ
ここで、Z0は所望の加圧力値、θは鉛直平面内における可動部8の移動方向の鉛直下方からの角度である。
The pressurizing command value Z is corrected by the following equation.
Z = Z0-Wcosθ
Here, Z0 is a desired pressing force value, and θ is an angle from vertically below in the moving direction of the
制御信号生成部16によって生成された制御信号は、ロボット3およびスポット溶接ガン2の駆動部9を構成しているサーボモータ10にそれぞれ入力される。
通常運転モードにおいては、スポット溶接ガン2に出力する制御信号にはディザ信号は含まれない。
The control signals generated by the control
In the normal operation mode, the control signal output to the
このように構成された本実施形態に係るスポット溶接システム1によれば、自重計測モードを選択することにより、ディザ信号が重畳された制御信号がスポット溶接ガン2の駆動部9に供給される。これにより、静止摩擦の影響を低減して、駆動部9が発生している加圧力を精度よく計測することができる。したがって、スポット溶接ガン2の可動部8の自重Wを、精度よく計測された加圧力を用いて精度よく算出することができるという利点がある。
According to the spot welding system 1 according to the present embodiment configured in this way, by selecting the self-weight measurement mode, the control signal on which the dither signal is superimposed is supplied to the
また、本実施形態においては、加圧力指令値Zへのディザ信号の重畳を加圧力値の応答の立ち上がり後所定時間経過後に限定している。立ち上がり後所定時間内は駆動部9が停止しておらず静止摩擦が発生していないので、ディザ信号を重畳する必要がない。これにより、ディザ信号を含む制御信号により駆動部9が駆動される時間を短くすることができる。
Further, in the present embodiment, the superimposition of the dither signal on the pressurizing command value Z is limited to a predetermined time after the rise of the response of the pressurizing value. Since the
また、本実施形態においては、加圧力指令値Zへのディザ信号の重畳を加圧力値が静定した時点で停止している。加圧力値が静定した後にはディザ信号の有無によって加圧力値の変動はないので、ディザ信号を停止することにより、ディザ信号を含む制御信号により駆動部9が駆動される時間を最小限に短縮することができる。
Further, in the present embodiment, the superimposition of the dither signal on the pressing force command value Z is stopped when the pressing force value has settled down. After the pressure value has settled down, the pressure value does not change depending on the presence or absence of the dither signal. Therefore, by stopping the dither signal, the time for which the
すなわち、本実施形態によれば、ディザ信号の重畳によって静止摩擦の影響を低減しつつ、ディザ信号を重畳する時間を必要最小限に抑えて、ディザ信号を含む制御信号により駆動部9が作動させられることによる影響を未然に防止することができる。ディザ信号を含む制御信号により駆動部9が作動させられることによる影響としては、例えば、フレッチング等の問題を挙げることができる。
That is, according to the present embodiment, the
そして、本実施形態においては、このようにして静止摩擦の影響を低減して精度よく算出された可動部8の自重Wを用いて、各溶接点におけるスポット溶接ガン2の姿勢に応じて、駆動部9に供給する制御信号を補正する。これにより、可動部8の自重Wに関わらず、均一な加圧力で、全ての溶接点を加圧しつつスポット溶接を行うことができて、溶接品質を安定させることができるという利点がある。
Then, in the present embodiment, the weight W of the
なお、本実施形態においては、C型のスポット溶接ガン2を例示したが、これに代えて、X型のスポット溶接ガン、あるいはスタッド溶接用のスポット溶接ガンに適用してもよい。
In this embodiment, the C-type
1 スポット溶接システム
2 スポット溶接ガン
4 制御装置(制御部)
5 加圧力センサ
7 可動溶接チップ(可動電極)
8 可動部
9 駆動部
17 自重算出部
W 自重
Y 加圧力値
1
5
8
Claims (4)
前記駆動部を制御する制御部と、
前記スポット溶接ガンの前記可動電極による加圧力を計測する加圧力センサと、
前記可動電極の移動方向を異ならせる前記スポット溶接ガンの異なる2つの姿勢において、前記加圧力センサにより検出された前記加圧力に基づいて前記可動部の自重を算出する自重算出部とを備え、
前記制御部は、前記自重算出部により前記可動部の前記自重を算出する際に用いる前記加圧力の計測に際し、制御信号にディザ信号を重畳して前記駆動部を制御し、前記自重が算出された後には、算出された前記自重に基づいて前記制御信号を補正するスポット溶接システム。 A spot welding gun having a movable portion including a movable electrode and a drive portion for driving the movable portion.
A control unit that controls the drive unit and
A pressure sensor that measures the pressure from the movable electrode of the spot welding gun, and
It is provided with a self-weight calculation unit that calculates the self-weight of the movable portion based on the pressure detected by the pressure sensor in two different postures of the spot welding gun that changes the moving direction of the movable electrode.
The control unit controls the drive unit by superimposing a dither signal on the control signal when measuring the pressing force used when the self-weight calculation unit calculates the self-weight of the movable unit, and the self-weight is calculated. After that, a spot welding system that corrects the control signal based on the calculated own weight.
The spot welding system according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit stops superimposition of the dither signal when the pressing force detected by the pressing force sensor has settled down.
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